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EXERCICE I
On souhaite réaliser le bilan énergétique d’une voiture à moteur diesel ayant les
caractéristiques suivantes :
masse : M = 1,2 Tonnes
coefficient de traînée : Cx = 0,40
aire frontale A = 2,1 m²
coefficient de résistance au roulement Cr = 0,02
pouvoir calorifique du diesel PC = 36 MJ / litres
On supposera que sur le parcours de longueur L = 100 km :
la vitesse moyenne sera v = 100 km/h,
la dénivellation cumulée à franchir sur le parcours H = 200 m,
le véhicule devra être mis 5 fois en mouvement de 0 à 100 km/h,
la consommation du véhicule sur le parcours est Vd = 6,1 litres.
Données :
masse volumique de l'air = 1,2 kg.m-3
accélération de pesanteur g = 9,8 m.s-²
I-1-
Identifier, sans justifier, les différents transferts d'énergies correspondant aux
flèches sur le
document réponse.
La force de traînée visqueuse (résistance de l'air) a pour expression FT = ½ . v².Cx.A .
I-2- Montrer par une analyse dimensionnelle que Cx est un coefficient sans dimension.
On rappelle que 1 N= 1 kg.m.s-²
I-3- Calculer la force de traînée
I-4- Calculer le travail de la force de traînée pour un trajet de 100 km.
La force de résistance au roulement (pneu sur route) a pour expression RR = M.g.Cr
I-5- Calculer la force de résistance au roulement.
I-6- Calculer le travail de la force de résistance au roulement sur le trajet.
I-7- Rappeler l’expression de l’énergie potentielle de pesanteur Epp.
I-8- Calculer l’énergie nécessaire au franchissement des dénivellations :
I-9- Rappeler l’expression de l’énergie cinétique Ec.
I-10- Calculer l’énergie nécessaire aux mises en mouvement du véhicule.
I-11- Calculer l’énergie dégagée par la combustion du diesel Ecomb.
I-12- Exprimer puis calculer l’énergie Etotal estimée nécessaire au véhicule sur le trajet.
I-13- Exprimer puis calculer le rendement énergétique global estimé du véhicule .
On remplace le véhicule diesel précédant par un véhicule hybride diesel.
• L’énergie engagée pour la mise en mouvement et la montée en altitude est
récupérée pour moitié lors des décélérations grâce au stockage d’énergie dans la
batterie.
• L’hybridation est mixte « série – parallèle », la gestion du basculement de modes
est assurée par un calculateur qui permet d’accroître le rendement du moteur de
10% en le faisant fonctionner au plus près des combinaisons charge/régime
réduisant la consommation spécifique.
On étudiera la performance énergétique de ce véhicule hybride sur le même parcours de
100 km décrit plus haut.
I-14- Exprimer puis calculer l’énergie nécessaire E'total aux mises en mouvement de ce
véhicule hybride sur le parcours en tenant compte des récupérations d’énergie.
I-15- Exprimer puis calculer l’énergie calorifique nécessaire E'comb en tenant compte du
rendement amélioré.